3.2. Опорный конспект Введение

Развитие человеческого общества во многом определяется открытием и активным использованием материалов различного назначения. Достаточно вспомнить такие исторические этапы как каменный, бронзовый, железный века. Кстати, можно считать, что железный век, начавшийся более 2 тысяч лет назад, продолжается до сих пор, поскольку сплавы на основе железа (стали и чугуны) являются и сейчас основными конструкционными и инструментальными материалами промышленности.

В настоящее время значение разработки новых и эффективного использования имеющихся материалов особенно велико в связи с острой необходимостью перехода от "сырьевого" к преимущественно инновационному пути развития производства.

Очевидно, что с каждым годом роль науки о материалах и, соответственно, дисциплины "Материаловедение" будет неизбежно возрастать. Поэтому нет нужды рекламировать важность изучения этой дисциплины.

В Предисловии отмечалось, что общеинженерная дисциплина "Материаловедение" ограничивается изучением главным образом конструкционных и инструментальных материалов различного назначения. Номенклатура таких материалов, потребляемых промышленностью, чрезвычайно велика и разнообразна (только сталей выпускается более 2 тысяч марок). Поэтому освоение дисциплины "Материаловедение", содержащей большое количество новых понятий и терминов, а также фактических данных о строении и свойствах различных материалов, требует определенных усилий.

Данный "Опорный конспект" призван облегчить решение этой задачи. Ниже в доступной (по возможности) форме изложены основы материаловедения на примере металлических сплавов.

Для удобства пользования «Опорным конспектом» ниже приведена его структурно-логическая схема.

структурно-логическая схема «опорного конспекта»

Раздел 1. Строение и свойства металлических сплавов

Тема 1.1. Механические свойства металлов и принципы их определения

1.2.1. Кристаллические решетки металлов

Тема 1.2. Кристаллическое строение и свойства металлов

1.2.2. Дефекты кристаллической решетки (реальное строение кристаллов)

Тема 1.3. Строение металлических сплавов

1.2.3. Влияние дефектов решетки на механические свойства кристаллов. Пути повышения прочности металлов

Раздел 2. Влияние химического состава и термической обработки на структуру и свойства железоуглеродистых сплавов

2.1.1. Диаграмма состояния «Железо-цементит». Формирование равновесной структуры углеродистых сталей

2.1.2. Зависимость механических свойств железоуглеродистых сплавов от содержания углерода

Тема 2.1. Стали и чугуны (влияние химического состава на структуру и свойства)

2.1.3. Классификация и маркировка углеродистых сталей

2.1.4. Структура и свойства чугунов

2.2.1. Закалка (превращения в сталях при охлаждении)

Тема 2.2. Упрочняющая термическая обработка сталей (влияние структурных превращений при закалке и отпуске на свойства

сталей)

2.2.2. Отпуск (превращения в закаленной стали при нагреве)

Тема 2.3. Влияние легирование на структуру и свойства сталей

2.3.1. Классификация легированных сталей по структуре

2.3.2. Влияние легирующих элементов на критическую скорость закалки и прокаливаемость стали

Заключение

2.3.3. Классификация по назначению и маркировка легированных сталей

Объем обсуждаемых в "Опорном конспекте" тем - лишь часть дисциплины "Материаловедение" (сравни структурные схемы дисциплины – с. 31 и "Опорного конспекта" – с. 40). Однако – это тот минимум, изучение которого необходимо и достаточно для усвоения "красной нити материаловедения", связывающей химический состав, структуру и свойства материалов.

Любой материал характеризуется химическим составом, структурой и свойствами.

Материаловедение – это наука, изучающая связь между химическим составом, структурой и свойствами материалов и закономерности изменения этих свойств под влиянием внешних воздействий (механических, термических, химических и др.), реализуемых в процессе производства, обработки и эксплуатации изделий из этих материалов (см. рис. 1).

Химический состав – это процентное содержание (обычно % по массе) химических элементов, присутствующих в данном материале.

Понятие структура имеет очень широкий смысл, включающий все сведения о материале от электронного строения отдельных атомов до видимых невооруженным глазом макродефектов образцов (изделий). В практическом материаловедении (и данном пособии) под термином структура обычно подразумевается микроструктура материалов, изучаемая с помощью микроскопов (тип и относительное количество фаз, форма, размеры и взаимное расположение кристаллов этих фаз).

Рис. 1. Структурная схема дисциплины «Материаловедение»

Для потребителя (в частности, студента) главным элементом приведенной на рис. 1 схемы являются свойства, поскольку имеющийся комплекс физических, механических и других свойств определяет возможность конкретного применения того или иного материала. Из множества свойств, присущих любому материалу, наиболее общими являются механические свойства (материалы, не обладающие, например, достаточной прочностью, не могут иметь широкого практического применения), они же и наиболее важны для конструкционных и инструментальных материалов, которые в основном и изучаются в данном курсе. Кроме того, механические свойства «структурночувствительны», то есть чутко реагируют на изменения в структуре материалов, поэтому позволяют наглядно продемонстрировать «красную нить» материаловедения: Состав  Структура  Свойства. Знание закономерностей, связывающих эти три С (см. рис. В.1), позволяет производить оптимальный выбор материалов и технологий их обработки для изделий различного назначения. Такой выбор должен обеспечивать технологичность изготовления изделия, его надежность и долговечность в условиях эксплуатации и быть экономически оправданным. Выработка такого умения является главной целью подготовки инженера в области материаловедения.

Надеемся, что в результате изучения предлагаемого ниже теоретического курса, выполнения лабораторных и контрольных работ эта цель будет Вами достигнута.